快速模具制造及其应用

快速模具制造及其应用RapidToolingandItsApplications瑞鼎机电科技有限公司王运赣教授实现快速模具制造的重要性快速、高效地开发新产品是竞争取胜的一个关键因素实现新产品的快速、高效开发涉及多种领域的先进技术，其中特别是有关模具的设计、制作技术产品制造业的生产离不开模具，尤其是铸造、锻压、注塑等工艺所需的模具，模具的开发是制约新产品开发的瓶颈，要缩短新产品的开发周期、降低成本，必须首先缩短模具的开发周期，降低模具的成本，使模具更结实、耐用。快速成形与快速模具制造RapidPrototyping&RapidTooling(简称RP&RT)RP指的是一种新工艺，它能根据工件的CAD三维模型，快速制作工件的实体原型，而无需任何附加的传统模具或机械加工RT指的是用快速成形工艺及相应的后续加工，来快速制作模具，是不同于传统机加工模具的一种新方法、新工艺，它涉及以下两方面的功能：（1）快速开发用于传统制造工艺的模具，如快速制作注塑模与铸造模型。（2）减少用模具成形工件所需的时间，缩短成形的循环周期，提高模具的生产效率，例如，在注塑模中，采用与工件共形的冷却道，以便使塑料快速、均匀冷却，缩短注射成形的循环时间，改善工件的品质。快速成形技术依据计算机上构成的工件三维设计模型,对其进行分层切片，得到各层截面的二维轮廓。按照这些轮廓，快速成形机选择性地固化一层层的液态树脂(或切割一层层的纸,烧结一层层的粉末材料，喷涂一层层的热熔材料或粘结剂等)，形成各个截面轮廓，并逐步顺序叠加成三维工件。(b)(c)(d)(a)典型商品化快速成形机(SLA)激光器液态光敏聚合物可升降工作台刮刀工件液面升降臂典型商品化快速成形机(LOM)激光器光学系统原材料热粘压机构原材料存储机送进机构原材料存储及送进机构工作台工件激光切割系统切割的轮廓线及小方格典型商品化快速成形机(FDM)加热喷头供丝机构丝料喷嘴工作台支撑工件料盘典型商品化快速成形机(SLS)激光器扫描系统辊筒粉床成形腔供粉机构快速成形技术的应用快速成形件医疗领域的应用手术策划药物输送器的制作工业领域的应用设计校核性能测试模具/工具铸模注塑模电蚀加工用电极假体与移植物的制作组织工程的实现快速成形技术的效益成本时间100%100%传统加工RP2035%3050%快速软模(SoftTooling)制造软模是一种试制用模具，也可用于制作过渡模或批量生产模，其中，最常见的是硅橡胶模,它的优点是：（1）制作周期短（2）成本低（3）弹性好，工件易于脱模（4）复印性能好＊通常，能用这种软模，通过真空浇注工艺得到聚氨酯工件，这种工艺又称为反应注射成形(ReactionInjectionMolding，简称RIM）一般的室温硫化硅橡胶软模最好用于仅需成形约几十个工件的况。＊在真空浇注系统系统上，用硅橡胶模，可直接制作失蜡铸造用蜡模。＊硅橡胶模可制用作冷芯盒。硅橡胶软模的浇注设备真空浇注系统(Vacuumcastingsystem)硅橡胶模与浇注的聚氨酯工件硅橡胶模聚氨酯工件快速过渡模（Bridgetooling）制造过渡模是指，这种模具能在试制用软模与正式生产模之间起过桥(过渡)作用，目标是提供几百个工件，这些工件用期望的产品材料制成，快速且经济。目前，过渡模主要有如下6种：(1)铝填充的环氧树脂模（CAFÉ模）。(2)SLA成形的树脂壳-铝填充环氧树脂背衬模。(3)SLS直接烧结低碳钢-渗铜模。(4)低熔点金属模。(5)三维打印-渗铜模。(6)纤维增强聚合物压制模。一般而言，CAFÉ模可用于注塑20500件工程热塑性塑料工件。铝填充的环氧树脂(CAFÉ)模铝填充环氧树脂(CompositeAluminum-FilledEpoxy简称CAFÉ)模，是利用快速成形的母模，在室温下浇注铝基复合材料铝填充的环氧树脂而构成的模具母模与分型板型框CAFÉ模材料铜管铝填充的环氧树脂(CAFÉ)模这种模具用途：小批量生产注塑模小批量生产用失蜡铸造的压型小批量生产用消失模压型砂铸用金属模快速批量生产用模制造具有共形冷却道的电铸镍-铜壳-背衬(ExpressTool)模这种模具指的是，先在原模表面电铸镍壳，然后设置共形冷却道，再电铸铜壳，并浇注背衬而构成的模具。模架电铸层原模(阴极)阳极电铸溶液阴离子金属阳离子电铸槽直流电源电铸工艺电铸的金属通常有铜、镍与铁等，以镍的电铸应用最广。电铸件与原模的尺寸误差仅几微米。原模的材料可以是石膏、蜡、塑料、低熔点合金、不锈钢与铝等。2mm厚镍-4mm厚铜复合壳的热导率是传统H-13模具钢的热导率的7倍热导率(W/(mk))4003002001000铜铝镍H-13模具钢2mm厚镍-4mm厚铜复合壳共形冷却道(ConformalCoolingChannel，简称CCC)这种冷却道不仅能提高冷却效率，缩短注塑循环周期(一般为30~50%)，而且可显着缩小模面上的温差Tmax，减小工件中的内应力与翘曲变形，提高工件的品质。冷却道的布置与注塑件的主轮廓形状近似，其截面形状可为椭圆等ExpressTool模的寿命许多ExpressTool模的寿命，已能注射100000次以上，有的已达到270000次注射，而无明显的磨损痕迹。这种模具也可用作压铸模、低压铸造模、热芯盒、失蜡铸造的压型、消失模的压型、砂铸金属模等。直接金属激光液相烧结(DMLS)模它指的是，采用直接金属激光液相烧结(Direct-MetalLaser-Sintering，简称DMLS)技术，用合金粉烧结而成的模具，这种模具不必再进行后续烧结和渗铜。DMLS模实例快速模具制造在铸造中的应用快速模具制造在砂铸中的应用:快速成形件作木模的替代模制作作金属砂铸模SLA件熔模铸造的金属SLA件模快速软模制作芯盒直接烧结树脂砂型砂盒铺砂器砂型a.铺砂后b.激光烧结c.工作台下降d.铺砂快速模具制造在低压铸造中的应用电铸镍-铜壳-背衬(ExpressTool)模、电铸镍-陶瓷背衬模可用作低压铸造模快速模具制造在熔模铸造中的应用铝填充的环氧树脂模/低熔点合金模用作失石铸造的压型：压型蜡模压型蜡模快速消失模泡沫聚苯乙烯模铸件泡沫聚苯乙烯模铸件铝填充的环氧树脂模、电铸镍壳-陶瓷背衬模可用作消失模的压型快速模具制造在离心铸造中的应用对于低熔点金属(如锌、铝合金)离心铸造用铸模，可以采用TEK高温硫化硅橡胶制造盘状硅橡胶模具(或工件)母模硅橡胶塑料板加热器抽真空排气孔成形件夹持器型腔快速模具制造在真空成形中的应用型腔模成形时不必将板材加热至高温，型腔中的压力仅0.1MPa，因此，对型腔的强度要求不高，大多数快速模具都能用作真空成形的型腔。可用于制作仪表板。用快速成形母模电铸电极，再浇注背衬材料，构成EDM电极(a)(b)(c)(d)(e)电铸的镍壳铜背衬镍壳带铜背衬的镍壳电极锡背衬镍壳带锡背衬的镍壳电极SLA件、电铸铜壳与电极